細(xì)胞自噬在PD相關(guān)并發(fā)癥中作用的研究進(jìn)展

楊嘉潔，姚翠微

（廣東醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院腎臟疾病研究所，廣東 湛江 524001）

腹膜透析（PD）是一種針對(duì)終末期腎病患者的腎臟替代療法，在透析充分性、患者死亡率和其他結(jié)果參數(shù)方面與血液透析相當(dāng)，但PD 提供了更高的生活質(zhì)量和成本節(jié)約措施。既往有調(diào)查表明，全世界有超過(guò)272 000 名患者接受PD 治療，約占全球透析人口的11%[1]。PD 與血液透析的最大區(qū)別是：PD 使用腹膜作為過(guò)濾膜，透析液通過(guò)導(dǎo)管流入腹腔，腹膜作為一種天然的過(guò)濾膜去除廢物；血液透析需要將血液引流至體外，通過(guò)透析器的彌散、超濾、吸附、對(duì)流作用進(jìn)行物質(zhì)交換，從而清除體內(nèi)的代謝廢物，維持電解質(zhì)和酸堿平衡。腹膜結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，人腹膜間皮細(xì)胞（HPMCs）是腹膜間皮結(jié)構(gòu)的主要組成部分。間皮細(xì)胞下面是一層基底膜和間皮下層，包含膠原蛋白、成纖維細(xì)胞、脂肪組織、血管和淋巴管[2]。腹膜是腹透液交換過(guò)程中阻止微生物入侵的第一道屏障。長(zhǎng)期接觸非生物相容性的高濃度葡萄糖透析液和復(fù)發(fā)性腹膜炎是導(dǎo)致腹膜結(jié)構(gòu)和功能改變的主要原因。PD 相關(guān)性腹膜炎的診斷需要同時(shí)滿(mǎn)足以下任意兩個(gè)特征：（1）與腹膜炎一致的臨床特征，即腹痛或有混濁的透析流出物；（2）透析流出物中白細(xì)胞計(jì)數(shù)達(dá)100 個(gè)/mL（停留時(shí)間至少2 h 后），中性粒細(xì)胞占50% ；（3）透析流出物培養(yǎng)呈陽(yáng)性[3-4]。及時(shí)的臨床診斷和早期使用抗生素治療是PD 相關(guān)性腹膜炎得以治療成功的關(guān)鍵[5]。腹膜纖維化（PF）的發(fā)生發(fā)展是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，目前尚無(wú)明確的診斷標(biāo)準(zhǔn)。有專(zhuān)家認(rèn)為可通過(guò)檢測(cè)腹膜流出物標(biāo)志物及腹膜功能評(píng)估PF 的程度，而病理活檢才是診斷PF 的金標(biāo)準(zhǔn)，但臨床難以普遍開(kāi)展[6]。

自噬是細(xì)胞一個(gè)保守的分解代謝過(guò)程，存在于大部分真核細(xì)胞中，是細(xì)胞內(nèi)的再循環(huán)系統(tǒng)。自噬在各種生命活動(dòng)中均發(fā)揮著重要的作用，比如在應(yīng)激條件下，如饑餓、低氧、熱應(yīng)激和藥物處理，可誘導(dǎo)細(xì)胞自噬，從而加速細(xì)胞內(nèi)的新陳代謝[7]。根據(jù)降解的內(nèi)容，自噬可分為整體自噬和選擇性自噬。整體自噬可降解非特異性胞漿物質(zhì)，以應(yīng)對(duì)饑餓，而選擇性自噬的目標(biāo)是特定物質(zhì)，如受損的細(xì)胞器、蛋白質(zhì)聚集體、細(xì)胞內(nèi)病原體等[8]。然而，在某些情況下，自噬的功能也取決于細(xì)胞類(lèi)型，此外也取決于治療時(shí)間窗，因?yàn)樽允煽赡茉诩膊〉某跏茧A段有益，但在更晚期階段有害，如肝細(xì)胞性肝癌[9]。自噬是一把雙刃劍，它可以通過(guò)大量的分解代謝來(lái)維持細(xì)胞內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)平衡；另一方面，它可以促進(jìn)細(xì)胞凋亡，如Ⅱ型細(xì)胞程序性死亡，或啟動(dòng)上皮細(xì)胞形態(tài)改變，如上皮細(xì)胞- 間充質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)分化（epithelial to mesenchymal transition，EMT）[10]。EMT 在PF 過(guò)程及隨后的腹膜功能惡化中起著初始作用。近年來(lái)越來(lái)越多的證據(jù)表明，自噬失調(diào)參與了腹膜炎、PF 的發(fā)病機(jī)制。然而，自噬的激活或抑制如何參與腹膜炎癥、纖維化的進(jìn)程，目前尚未完全明確。本文綜述了近年來(lái)自噬在PD 相關(guān)并發(fā)癥中的作用，并強(qiáng)調(diào)了細(xì)胞自噬作為治療PD 相關(guān)并發(fā)癥潛在靶點(diǎn)的現(xiàn)有證據(jù)。

1 細(xì)胞自噬

細(xì)胞自噬是一種調(diào)節(jié)機(jī)制，是通過(guò)自溶酶體降解和修復(fù)大分子物質(zhì)及細(xì)胞器，以維持細(xì)胞代謝和自我更新的過(guò)程。在生理情況下，自噬維持細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)；在外界壓力、饑餓、缺氧和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激等特殊情況下，自噬被激活，為細(xì)胞的存活提供營(yíng)養(yǎng)和能量[11]。自噬機(jī)制的受損與腫瘤、神經(jīng)退行性疾病、代謝相關(guān)疾病的發(fā)病過(guò)程密切相關(guān)[12]。自噬受到一系列自噬相關(guān)基因的嚴(yán)格調(diào)控。在饑餓、缺氧或其他特定的細(xì)胞應(yīng)激條件下，有缺陷的蛋白質(zhì)和細(xì)胞器被降解和循環(huán)利用。自噬相關(guān)信號(hào)傳導(dǎo)途徑包括哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）依賴(lài)性途徑，如AMPK/mTOR 和PI3K/Akt/mTOR 途徑，以及非mTOR 依賴(lài)性途徑，如P53途徑[12]。其中mTOR 在自噬調(diào)控中扮演著非常重要的角色，是自噬調(diào)節(jié)的主要分子[13]。抑制mTOR 信號(hào)通路可誘導(dǎo)自噬[14]。在不同的生理和病理?xiàng)l件下，AMPK 可以被上游激酶磷酸化，并與AMP 或ADP 結(jié)合，從而激活A(yù)MPK。活化的AMPK 調(diào)節(jié)多種細(xì)胞代謝過(guò)程，包括自噬。AMPK 通過(guò)磷酸化mTORC1、ULK1和PIK3C3/VPS34 復(fù)合物中的自噬相關(guān)蛋白直接促進(jìn)自噬，或間接通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子如FOXO3、TFEB 和BRD4 下游的自噬相關(guān)基因的表達(dá)來(lái)促進(jìn)自噬。mTOR和AMPK 之間的平衡在維持免疫細(xì)胞的正常生長(zhǎng)狀態(tài)和功能中起著核心作用[15]。雷帕霉素對(duì)mTOR 的抑制已被證明可以減少蛋白質(zhì)合成并促進(jìn)自噬[16]。不依賴(lài)于mTOR 的自噬激活劑主要通過(guò)AMPK 途徑發(fā)揮作用，如二甲雙胍、海藻糖和白藜蘆醇[17-19]。除了通過(guò)藥物來(lái)調(diào)控自噬，還可以通過(guò)飲食限制來(lái)激活自噬。低碳水飲食能夠磷酸化激活A(yù)MPK，從而促進(jìn)自噬[15]。

2 細(xì)胞自噬與腹膜炎

近年來(lái)隨著臨床實(shí)踐的改善，PD 相關(guān)性腹膜炎的發(fā)病率在全球范圍內(nèi)呈下降趨勢(shì)，支持將PD 作為一線(xiàn)透析方式[20]。但腹膜炎仍然是造成PD 技術(shù)失敗和超濾失敗的主要原因。研究表明，PD 患者的腹膜炎與死亡率顯著相關(guān)[21]。在PD 患者中，分析腹膜炎癥的原因，可以從傳統(tǒng)因素、慢性腎病本身以及PD 治療因素等方面來(lái)分析。持續(xù)的低度全身性炎癥在慢性腎臟疾病中甚至在早期階段都非常普遍。慢性腎臟疾病本身的炎癥狀態(tài)受到腎臟細(xì)胞因子清除減少、液體超負(fù)荷、免疫功能障礙和感染共病的影響。此外，腎臟替代療法也可能促進(jìn)炎癥，例如透析通路感染、溶液的生物不相容性及透析液污染[22]。PD 溶液具有產(chǎn)生晶體滲透壓的高滲透性，其在熱滅菌過(guò)程中會(huì)形成葡萄糖降解產(chǎn)物，而在腹膜腔和體循環(huán)中形成的晚期糖基化產(chǎn)物對(duì)腹膜的完整性有害。研究發(fā)現(xiàn)，盡管經(jīng)過(guò)早期抗生素治療腹膜炎的臨床癥狀能夠得到明顯緩解，但至少6 周內(nèi)仍有促炎細(xì)胞因子和生長(zhǎng)因子的活性釋放[23]。這意味著腹膜間皮細(xì)胞存在持續(xù)損傷。因此，PD 相關(guān)性腹膜炎仍舊是一個(gè)臨床難題。自噬是一種質(zhì)量控制、代謝和先天免疫過(guò)程。作為一種細(xì)胞質(zhì)降解途徑，自噬可以防止外源性危害，包括感染以及內(nèi)源性炎癥來(lái)源（如分子聚集體和受損細(xì)胞器）[24]。自噬在多種器官的炎癥中均有保護(hù)作用，如腸炎、肺炎、血管炎、神經(jīng)炎、腎炎等[25]。在腹膜炎癥中，熱休克蛋白72 通過(guò)增強(qiáng)JNK 激活依賴(lài)性自噬和抑制細(xì)胞凋亡來(lái)保護(hù)腹膜間皮細(xì)胞免受脂多糖（LPS）誘導(dǎo)的損傷[26]。研究顯示，自噬通過(guò)清除急性炎癥后腹膜間皮細(xì)胞受損細(xì)胞質(zhì)的細(xì)胞器，促進(jìn)大鼠急性炎癥后腹膜間皮細(xì)胞的恢復(fù)[27]。白藜蘆醇可以通過(guò)激活A(yù)MPK 誘導(dǎo)自噬保護(hù)HPMCs 免受ROSNLRP3 介導(dǎo)的炎癥損傷[28]。

3 細(xì)胞自噬與PF

PF 是長(zhǎng)期行PD 患者常見(jiàn)的并發(fā)癥，也是導(dǎo)致PD 失敗的主要原因之一。持續(xù)暴露于高滲、高血糖和酸性透析溶液、與居住條件相關(guān)的機(jī)械壓力以及導(dǎo)管并發(fā)癥的發(fā)生可能導(dǎo)致腹膜出現(xiàn)急性和慢性炎癥及損傷。在這種情況下，腹膜會(huì)出現(xiàn)進(jìn)行性纖維化、血管生成和血管病變[29]。腹膜炎癥可導(dǎo)致腹膜出現(xiàn)顯著的結(jié)構(gòu)改變，包括間皮細(xì)胞增厚、間皮- 間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（MMT）、纖維蛋白沉積、纖維囊形成、血管周?chē)鲅伴g質(zhì)纖維化等。腹膜結(jié)構(gòu)改變會(huì)導(dǎo)致腹膜功能改變，進(jìn)而導(dǎo)致PD 效果下降及超濾失敗。而在嚴(yán)重的復(fù)發(fā)性腹膜炎病例中，上述腹膜結(jié)構(gòu)和功能的改變更為明顯。在少數(shù)患者中，嚴(yán)重的PF 主要發(fā)生在腹膜臟層，導(dǎo)致腹膜包裹性硬化（EPS），這是一種發(fā)病機(jī)制模糊、致死率高的災(zāi)難性并發(fā)癥。PF 過(guò)程是在PD 相關(guān)炎癥介質(zhì)急性和慢性釋放后發(fā)生的。PF 有兩個(gè)協(xié)同過(guò)程，即纖維化過(guò)程本身和炎癥。這兩個(gè)過(guò)程之間的聯(lián)系通常是雙向的，每個(gè)過(guò)程都會(huì)引發(fā)另一過(guò)程[6]。上皮細(xì)胞- 間充質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)分化（EMT）又稱(chēng)MMT，被認(rèn)為是PF 的一個(gè)重要啟動(dòng)因子。EMT 是誘導(dǎo)腹膜纖維化和繼發(fā)腹膜功能退化的關(guān)鍵。腹膜間皮細(xì)胞在反復(fù)暴露于特定生長(zhǎng)因子（如轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β）后會(huì)發(fā)生EMT，并轉(zhuǎn)化為成纖維細(xì)胞。另外，PD 相關(guān)性PF 的另一個(gè)重要機(jī)制是血管生成。血管生成和溶質(zhì)運(yùn)輸速率的增加與超濾能力的下降有關(guān)[30]。然而，目前尚無(wú)有效的針對(duì)PF 的干預(yù)和治療策略。自噬作為一種復(fù)雜而必要的細(xì)胞分解代謝過(guò)程，存在于大多數(shù)哺乳動(dòng)物細(xì)胞中，被認(rèn)為是多器官纖維化疾病的重要調(diào)節(jié)因子。當(dāng)前，自噬在纖維化疾病的調(diào)節(jié)和發(fā)展中所起到的作用仍有爭(zhēng)議。纖維化疾病通常是進(jìn)行性的，它們?cè)诶w維化的不同階段病理表現(xiàn)差異很大。而在纖維化的不同階段，細(xì)胞自噬的功能和易感性可能是不同的[31]。最近的研究表明，自噬與心、肝、肺、腎組織纖維化的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)[32-33]。在PF 的過(guò)程中，自噬既有正面作用也有負(fù)面作用。體外研究表明，海藻糖通過(guò)誘導(dǎo)自噬抑制腹膜細(xì)胞MMT 進(jìn)而改善PF[33]。1,25（OH）2D3通過(guò)誘導(dǎo)自噬減輕高糖誘導(dǎo)的腹膜損傷及纖維化[34]。這些結(jié)果表明，自噬可能是PD 患者PF 治療的潛在靶點(diǎn)。

4 小結(jié)

自噬是細(xì)胞和生物體內(nèi)維持環(huán)境穩(wěn)定的關(guān)鍵。越來(lái)越多的證據(jù)表明，在生理或病理環(huán)境中，完整的自噬反應(yīng)與腹膜間皮細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的保持有關(guān)。大量研究表明，自噬在腹膜間皮細(xì)胞中主要表現(xiàn)出保護(hù)性作用。目前，大多數(shù)研究依賴(lài)于在全身水平或特定組織中通過(guò)營(yíng)養(yǎng)、藥理學(xué)干預(yù)或自噬相關(guān)基因（最常見(jiàn)的是Atg5、Atg7 或Becn1）純合或雜合缺失對(duì)自噬進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)節(jié)。通常用于調(diào)節(jié)自噬的營(yíng)養(yǎng)和藥理學(xué)干預(yù)包括熱量限制、熱量限制模擬物、雷帕霉素、3- 甲基腺嘌呤和溶酶體抑制劑，以上都是非特異性調(diào)控。因此，我們有必要闡明：（1）自噬是否介導(dǎo)普遍的腹膜保護(hù)作用或僅在特定環(huán)境中有益；（2）發(fā)生腹膜炎及PF 時(shí)，自噬活化在多大程度上發(fā)揮有效的治療作用；（3）自噬是防治PD 相關(guān)并發(fā)癥潛在的新靶點(diǎn)。未來(lái)的研究應(yīng)基于藥理學(xué)干預(yù)，增加目標(biāo)特異性和涉及成年小鼠自噬相關(guān)基因缺失的遺傳模型，揭示在生理和病理環(huán)境中完整的自噬反應(yīng)與腹膜動(dòng)態(tài)平衡之間的聯(lián)系。綜上，精準(zhǔn)調(diào)控細(xì)胞自噬可能為PD 的臨床應(yīng)用帶來(lái)新的突破。